JP2016156732A

JP2016156732A - 距離測定装置及び距離測定方法

Info

Publication number: JP2016156732A
Application number: JP2015035587A
Authority: JP
Inventors: 裕和下牧; Hirokazu Shimomaki
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-25
Also published as: JP6430287B2

Abstract

【課題】相対的に低コストの増幅器を使用する場合でも、増幅器の温度特性による送信パルス信号の波形歪みを効果的に抑制できる距離測定装置を実現する。【解決手段】本実施形態の距離測定装置は、増幅装置と、送受信装置とを備えた構成である。増幅装置は、元パルス信号を増幅して距離測定用の送信パルス信号を出力する増幅器を含む。送受信装置は、前記増幅器の温度値を示す温度情報に基づいて、前記増幅器の温度特性に応じた前記送信パルス信号の波形歪み補償要素を含むパルス生成用情報を使用して、前記元パルス信号を生成する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、航空機の距離測定装置及び距離測定方法に関する。

一般的に、ＤＭＥ（Distance Measuring Equipment）と呼ぶ距離測定装置は、飛行している航空機に対して、ＤＭＥの地上装置から距離情報を提供するシステムである。ＤＭＥの地上装置は、航空機に搭載されているＤＭＥの機上装置から出力されたパルス信号（規格のペアパルス）を受信し、一定の時間後にパルス信号を送信する。この送信パルス信号は、ＤＭＥ専用に規格化されたペアパルスからなる応答パルス信号である。航空機の機上装置は、当該送信パルス信号を受信することにより、規定の範囲（覆域）での距離情報を計算することが可能となる。

ここで、ＤＭＥの地上装置から航空機に送信される送信パルス信号の波形特性に関しては、航空に関する国際規格（代表的にはICAO Annex10やEUROCAE ED-57など）により、厳密に規定されている。国際規格の規定内容には、パルスの立ち上がりと立ち下がり、パルス幅、および周波数スペクトラム等が含まれている。

特開２００４−６４４５０号公報

ＤＭＥの地上装置は、送信パルス信号の元となるパルス信号（以下、元パルス信号と表記する）を生成し、増幅器で増幅して送信パルス信号を出力する。ここで、一般的に、増幅器は、内部の温度変動により特性が変化する温度特性を有する。増幅器の内部温度は、増幅器の周囲温度や出力パルス数により時々刻々変動する。

このような増幅器の温度特性の影響により、増幅器から出力される送信パルス信号の波形に歪みが生じ、前述した国際規格の規定から許容範囲外になる可能性がある。

従って、相対的に低コストの増幅器を使用する場合でも、増幅器の温度特性による送信パルス信号の波形歪みを効果的に抑制できる距離測定装置を実現するという課題がある。

本実施形態の距離測定装置は、増幅手段と、取得手段と、パルス信号生成手段とを備えた構成である。増幅手段は、元パルス信号を増幅して、距離測定用の送信パルス信号を出力する増幅器を含む。取得手段は、前記増幅器の温度値を示す温度情報に基づいて、前記増幅器の温度特性に応じた前記送信パルス信号の波形歪み補償要素を含むパルス生成用情報を取得する。パルス信号生成手段は、前記パルス生成用情報に基づいて前記元パルス信号を生成する。

実施形態に関する距離測定装置の構成を説明するためのブロック図。実施形態に関する元パルス信号波形の一例を示す図。実施形態に関する元パルス信号の波形パラメータを説明するための図。実施形態に関する元パルス信号の生成処理を説明するためのフローチャート。実施形態に関するメモリに格納されたテーブル情報を説明するための図。

以下図面を参照して、実施形態を説明する。
［距離測定装置の構成］
図１は、本実施形態に関する距離測定装置（ＤＭＥの地上装置）の構成を示すブロック図である。図１に示すように、距離測定装置は大別して、送受信装置１と、増幅装置２と、送受信制御装置３と、アンテナ４とを有する。

送受信装置１は、後述するように、送信パルス信号生成回路１０と、パルス生成用情報（図５を参照）を記憶したメモリ１１とを含み、元パルス信号２０を増幅装置２に出力する。送信パルス信号生成回路１０は、例えば、ＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Arrays)から構成されている。増幅装置２は、増幅器（単数又は複数）を有し、元パルス信号２０を増幅して送信パルス信号２１を出力する。増幅装置２は、増幅器の温度を測定し、その温度値を示す温度情報３０を送受信装置１に出力する温度センサ１２を含む。なお、温度センサ１２は、増幅装置２の内部ではなく、外部の近傍に設けられて、増幅器の周囲温度を測定する構成でもよい。

送受信制御装置３は、増幅装置２から出力される送信パルス信号２１をアンテナ４から送信し、また、アンテナ４により受信した受信パルス信号２２を送受信装置１に転送する制御を実行する。送受信制御装置３は、サーキュレータ（circulator）１３を有し、送受信のパルス信号を選別する。即ち、送受信制御装置３は、アンテナ４を介して、送信パルス信号２１に応じた電波を送出し、また、航空機から送信されたパルス信号（受信パルス信号２２）に応じた電波を受信する。
［送信パルス信号生成処理］
次に、図２から図５を参照すると共に、図４のフローチャートを使用して本実施形態の元パルス信号の生成処理を説明する。

送受信制御装置３は、アンテナ４を介して、航空機から送信されたパルス信号を受信し、受信パルス信号２２として送受信装置１に転送する（ブロックＳ１）。送受信装置１は、受信パルス信号２２が、航空機に搭載されているＤＭＥの機上装置から出力されたパルス信号であるか否かを判別する（ブロックＳ２）。具体的には、ＤＭＥの機上装置から出力されるパルス信号は、ＤＭＥ専用に規格化されたペアパルス（１個目と２個目のパルスの波形は同一）を用いている。従って、送受信装置１は、受信パルス信号２２が当該ペアパルスであることを確認した場合には、ＤＭＥの送信パルス信号を出力するための処理（元パルス信号の生成処理）を開始する。

ここで、送受信制御装置３は、後述するように、増幅装置２から出力される送信パルス信号２１を、受信パルス信号２２の応答パルス信号として、受信した時間から一定時間後（５０マイクロ秒（Ｘモード）又は５６マイクロ秒（Ｙモード））に送信する。航空機に搭載されているＤＭＥの機上装置は、送受信制御装置３により送信された送信パルス信号を受信するまでの時間に基づいて、当該ＤＭＥの地上装置（本実施形態の距離測定装置）の位置からの距離を測定する。

送受信装置１は、温度センサ１２から出力される温度情報３０を一定時間間隔（例えば１０秒に１回）で取得し、当該温度情報３０により増幅装置２の増幅器の温度（温度変動）を検知している。ここで、前述したように、温度センサ１２は、増幅装置２の内部ではなく、外部の近傍に設けられていてもよい。送受信装置１は、温度情報３０から増幅器の周囲温度を検知する。

送受信装置１は、メモリ１１から元パルス信号を生成するためのパルス生成用情報を取得する。具体的には、送信パルス信号生成回路１０は、温度情報３０を使用して、図５に示すように、メモリ１１に予め記憶されたテーブル情報１１０を参照する（ブロックＳ３）。送信パルス信号生成回路１０は、参照したテーブル情報１１０から、温度情報３０で示す温度値（温度範囲）に対応するパルス生成用情報を選択する（ブロックＳ４）。

ここで、テーブル情報１１０は、図５に示すように、例えば１６段階の温度範囲毎に、元パルス信号波形のパラメータデータ（以下、元波形データと表記する）と、増幅器のペデスタル（pedestal）値とを含むパルス生成用情報を有する。ペデスタル値とは、増幅器のバイアスレベルを規定する値である。

具体的には、パルス生成用情報は、事前に測定された増幅器の温度特性（駆動電圧、増幅率、波形ひずみ率）に応じた元波形データ及びペデスタル値を含み、増幅器の温度により生ずるパルス波形歪みを補償できる波形歪み補償要素を含む情報である。元波形データ及びペデスタルのパラメータ（ペデスタル値）は、選択した増幅器の温度特性によって変化するため、実測に基づいて選定される。なお、数１０マイクロ秒程度の時間内では、増幅器の温度上昇は無視できると想定できる。

以下、図２及び３を参照して、パルス生成用情報を具体的に説明する。

図２に示すように、元パルス信号は、ＤＭＥ専用に規格化されたペアパルスからなる。ペアパルスは同一波形であり、一定時間間隔２２０（１２マイクロ秒（Ｘモード）又は３０マイクロ秒（Ｙモード））を有する。元パルス信号の波形は、温度情報３０に基づいて設定される温度範囲毎に選択する元波形データ２００に応じて異なる。

図３に示すように、元波形データ２００は、増幅器の温度特性に応じて変化するパルスの形状（最大値持続時間２０１、立ちあがり時間２０２、立ち下がり時間２０３、パルス幅２０４）のパラメータを示すデータである。

ここで、増幅器の種類によって、元波形データ以外に、土台となるパルス（ペデスタル）の大きさ２１０や長さ２１１もパラメータを示すデータ（ペデスタル値）が必要となる。特に、増幅装置２がＣ級の増幅器を使用する場合には、ペデスタルのパラメータが必要となる。従って、増幅装置２が使用する増幅器の種類によっては、パルス生成用情報としてペデスタルのパラメータを示すデータ（ペデスタル値）は不要である。

送信パルス信号生成回路１０は、参照したテーブル情報１１０から、温度情報３０で示す温度値（温度範囲）に対応するパルス生成用情報を選択すると、元波形データ及びペデスタル値であるパラメータデータを用いて元パルス信号２０を生成する（ブロックＳ５）。即ち、送信パルス信号生成回路１０は、温度情報３０で示す温度値が、例えば０度〜１０度の温度範囲内であれば、元波形データとしてパラメータデータＰ２を選択し、ペデスタル値としてパラメータデータＬ２を選択し、これらのパラメータデータを使用して元パルス信号２０を生成する。

送信パルス信号生成回路１０は、生成した元パルス信号２０を増幅装置２に出力する（ブロックＳ６）。増幅装置２は、増幅器により元パルス信号２０を増幅し、送信パルス信号２１として送受信制御装置３に出力する。送受信制御装置３は、送信パルス信号２１を受信パルス信号２２の応答パルス信号として航空機に送信する。

以上のようにして、送信パルス信号生成回路１０は、増幅装置２から出力される温度情報３０に基づいて、増幅器の最新の温度値に対応するパルス生成用情報（元波形データとペデスタル値）を選択する。送信パルス信号生成回路１０は、選択したパルス生成用情報を使用して元パルス信号２０を生成する。増幅装置２は、増幅器により元パルス信号２０を増幅し、送信パルス信号２１として送受信制御装置３に出力する。

ここで、本実施形態では、元パルス信号２０は、増幅器の最新の温度値（例えば１０度）に基づいて、増幅器の温度特性に応じたパルス生成用情報（パラメータデータＰ２、Ｌ２）を使用して生成される。このパルス生成用情報は、事前に測定された増幅器の温度特性（駆動電圧、増幅率、波形ひずみ率）に応じて設定されて、波形歪み補償要素を含む情報である。波形歪み補償要素とは、増幅器が元パルス信号２０を増幅して送信パルス信号２１を出力するときに、パルス波形歪みを補償して規格に適したパルス波形の送信パルス信号２１を出力できる条件に相当する。

従って、増幅器が元パルス信号２０を増幅する際に、温度の影響により生ずるパルス波形歪みを補償して、規格に適したパルス波形の送信パルス信号２１を出力できる。換言すれば、増幅器の温度特性に応じて、許容範囲外のパルス波形歪みを補償できる元パルス信号２０を生成することにより、許容範囲内のパルス波形の送信パルス信号２１を出力できる。

要するに、本実施形態によれば、ＤＭＥの地上装置において、増幅器の温度情報を用いて増幅器に入力する前の元パルス信号２０のパルス波形を調整することにより、増幅器の温度変動に応じて出力パルス波形を制御できる増幅器の温度補償機能を実現できる。ここで、本実施形態は、温度情報に基づいて増幅器の温度変動に応じたパルス波形の歪みを予め予測し、この予測したパルス波形歪みを補償できる元パルス信号を生成する。従って、増幅装置２には、温度補償機能を有する高コストの増幅器を使用することなく、相対的に低コストで出力レベルの高い増幅器を使用できる。また、増幅器の出力側に、送信パルス信号２１のパルス波形を規格内に補償する補償回路も不要にできる。これにより、本実施形態を適用すれば、出力レベルの大きく、かつ相対的に低コストの増幅器を採用できるため、ＤＭＥのトータルコストを抑制できる。

なお、本実施形態は、ＤＭＥの地上装置に適用する場合について説明したが、これに限ることなく、同様の送信系統を有するＳＳＲ（Secondary Surveillance Radar）、ＡＳＲ（Airport Surveillance Radar）、あるいは汎用のモノパルスレーダにも適用することが可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…送受信装置、２…増幅装置、３…送受信制御装置、４…アンテナ、
１０…送信パルス信号生成回路、１１…メモリ、１２…温度センサ、
１３…サーキュレータ、１１０…テーブル情報。

Claims

元パルス信号を増幅して、距離測定用の送信パルス信号を出力する増幅器を含む増幅手段と、
前記増幅器の温度値を示す温度情報に基づいて、前記増幅器の温度特性に応じた前記送信パルス信号の波形歪み補償要素を含むパルス生成用情報を取得する取得手段と、
前記パルス生成用情報に基づいて前記元パルス信号を生成するパルス信号生成手段と
を具備する距離測定装置。
前記取得手段は、
前記増幅器の温度を測定し、前記温度情報を出力する温度検出手段と、
前記温度情報により前記パルス生成用情報を参照できるテーブル情報を記憶するメモリ手段と
を含む請求項１記載の距離測定装置。
前記パルス生成用情報は、
温度値毎に設定される前記元パルス信号の波形パラメータ情報を含む請求項１又は２のいずれか１項に記載の距離測定装置。
前記パルス生成用情報は、
温度値毎に設定される前記増幅器のペデスタル値情報をさらに含む請求項３に記載の距離測定装置。
航空機から送信されたパルス信号を受信し、当該パルス信号が距離測定に応じた所定の受信パルス信号であるか否かを判別する手段を有し、
前記パルス信号生成手段は、前記所定の受信パルス信号に応じて前記元パルス信号を生成する請求項１から４のいずれか１項に記載の距離測定装置。
航空機から送信されたパルス信号を受信し、
前記所定の受信パルス信号に応じて、前記増幅器から出力される前記送信パルス信号を、距離測定用の応答パルス信号として前記航空機に送信する送受信制御手段をさらに有する請求項５に記載の距離測定装置。
航空機から送信されたパルス信号を受信し、所定の受信パルス信号に応じて距離測定用の送信パルス信号を応答パルス信号として前記航空機に送信する送受信制御装置と、
距離測定に応じた所定の受信パルス信号であるか否かを判別し、前記所定の受信パルス信号に応じて前記送信パルス信号に対応する元パルス信号を生成する送受信装置と、
前記送受信装置から出力される前記元パルス信号を増幅して、前記送信パルス信号を出力する増幅器を含む増幅装置と
を具備し、
前記送受信装置は、
前記増幅器の温度特性に応じた前記送信パルス信号の波形歪み補償要素を含むパルス生成用情報を記憶するメモリと、
前記増幅器の温度値を示す温度情報に基づいて、前記メモリから取得した前記パルス生成用情報に基づいて前記元パルス信号を生成して、前記増幅装置に出力するパルス信号生成手段と
を含む距離測定装置。
航空機からの所定の受信パルス信号に応じて、距離測定用の送信パルス信号を前記航空機に送信する距離測定装置に適用する距離測定方法であって、
増幅器の温度値を示す温度情報に基づいて、前記増幅器の温度特性に応じた前記送信パルス信号の波形歪み補償要素を含むパルス生成用情報を取得する処理と、
前記パルス生成用情報に基づいて元パルス信号を生成する処理と、
前記生成された前記元パルス信号を前記増幅器に出力する処理と、
前記増幅器から出力される前記送信パルス信号を送信する処理と
を有する距離測定方法。